反激式电源调节设备和方法技术

本发明专利技术涉及反激式电源调节设备和方法。在此公开的设备和方法与反激式电源转换器中的初级侧电压和/或电流调节器（PSR）关联。设备和方法在该PSR的单个端子处感测在反激式变压器的辅助初级绕组中产生的波形特性。分析该波形，并且从其中导出的误差信号用于保持恒定电压和/或恒定电流调节并且产生与线路输入电压无关的峰值电流稳定信号。

Flyback type power supply regulating device and method

The present invention relates to flyback type power supply regulating apparatus and method. Disclosed herein are devices and methods associated with primary side voltage and / or current regulators (PSR) in flyback power converters. The device and method sense the waveform characteristics generated in the auxiliary primary winding of the flyback transformer at a single terminal of the PSR. The waveform is analyzed, and an error signal derived from it is used to maintain constant voltage and / or constant current regulation and to produce a peak current stabilizing signal independent of the line input voltage.

【技术实现步骤摘要】

在此描述的实施例涉及电子开关电源，包括与初级侧调节的反激式电源关联的设备和方法。
技术介绍
反激式转换器电源是一种降压-升压转换器，其中电感器被分割以形成变压器，使得电压比率增加电流隔离的额外优点。许多电源是“恒定电压”类型的。也就是说，它们试图在从零到一些最大电流的额定电流范围中保持恒定的输出电压。在正常的负载范围内，电压调节利用与输出电压相关的反馈信号。有两种常见方式来产生该反馈信号。第一种是使用次级基准源和放大器以及光电耦合器将信号传输到调节控制器。第二种方法是利用变压器上的单独的“辅助”绕组并且感测来自辅助绕组的误差信号。辅助绕组也可以提供操作功率到控制器本身。后一种反馈方法（称为“初级侧调节”）可以提供良好的输出电压和电流调节而无需上述的辅助次级反馈部件。
技术实现思路
在此公开的设备和方法与反激式电源转换器中的初级侧电压和/或电流调节器（PSR）关联。在反激式变压器的辅助初级绕组中产生的电压波形特性表示转换器输出值，例如输出电压和输出电流的时序。波形出现在PSR设备的单个端子处并且通过下面描述的设备和方法来分析。从波形特性导出的误差信号用于保持调节并且产生与线路输入电压无关的峰值电流稳定信号。PSR设备经由对与初级侧绕组串联的开关进行接通/关断控制来调制随后的导通周期频率和/或初级电流波形振幅，从而保持恒定电压和/或恒定电流调节。附图说明图1A是根据各种示例实施例与恒定电压/恒定电流初级侧调节反激式电源转换器关联的输出功率特性图。图1B是根据本专利技术各种示例实施例的初级侧调节反激式电源转换器的框图。图2是示出根据各种示例实施例与初级侧调节反激式电源转换器关联的电压和电流波形的波形图。图3A是建模电路，图3B是示出峰值初级电流过冲与线路输入电压的函数关系的波形。图4是根据各种示例实施例的与反激式电源转换器关联的初级侧调节器设备和部件的框图。图5是示出根据各种示例顺序的与反激式电源转换器关联的PSR设备中的初级侧输出电压和电流调节的方法的流程图。具体实施方式图1A是根据各种示例实施例与恒定电压/恒定电流初级侧调节反激式电源转换器关联的输出功率特性图。当达到最大负载电流190时，根据设计者的意图，PSR设备可以以各种方式表现行为。一些实施例可以例如在该点处从恒定电压调节模式转变到恒定电流调节模式。图1A得到的曲线有时称为“方形VI特性曲线”。当达到最大输出电流时，该最大电流继续流动，而与输出电压电平无关。在恒定电流和变化的输出电压的竖直区域中，转换器用作调节输出电流与电压的关系。这种行为的适用性的示例可能是通用串行总线（USB）电源。设计规范可能在USB接口处提供最小电流源能力，即使负载或输出电压下降。图1B是根据本专利技术各种示例实施例的初级侧调节的反激式电源转换器100的框图。虽然在图1B中示出了AC/DC转换器，但是此处的实施例同等地适用于AC/DC和DC/DC转换器。在AC/DC转换器的情况下，AC输入被整流和滤波从而提供DC输入V（BLK）110。PSR设备115调制电源开关120接通和关断，从而生成流过反激式变压器130的初级125的切换电流。关闭开关120导致的崩溃（collapse）的磁场在反激式变压器130的次级绕组135中感应正电流。PSR设备115从卷绕在与初级绕组125和次级绕组135相同的芯上的辅助初级绕组140接收反馈信息。在切换操作期间的任何特定时间，出现在辅助初级绕组140上的电压波形和幅度代表出现在输出次级绕组135上的类似波形和幅度。来自辅助初级绕组140的缩放后的反馈信号经由分压器电阻器R（S1）146和R（S2）147提供在VS端子145处。如上面简要提到和下面详述的，由PSR设备115对反馈信号进行操作。除了在VS端子处出现的反馈信号之外，流过切换初级变压器绕组125的电流在电流感测（CS）端子150处被有效地感测为电流感测电阻器R（CS）155两端的电压降。由启动电阻器R（STR）160提供启动PSR设备115的初始功率。一旦转换器开始切换，操作功率就由辅助绕组140提供给PSR设备115。图2是示出根据各种示例实施例的与初级侧调节的反激式电源转换器关联的电压和电流波形的波形图。根据图1B考虑图2，波形202表示反激式变压器130的辅助初级绕组140两端的电压V（AUX）。与波形202时间对齐的波形204表示流过切换初级绕组125的电流。与波形202和204时间对齐的波形206表示流过次级绕组135的电流。在波形204和206中示出的电流幅度与反激式变压器130的初级到次级的匝数比相关。当PSR设备115开启开关120时导通阶段210开始。在导通阶段期间，流过初级绕组125的电流220基本上线性地斜升到峰值I（PP）225，然后当开关120关闭时下降到零。随着在初级绕组125周围的磁场崩溃，二极管170变为正向偏置并且允许在次级135中感应的电流230流动。随着磁场继续崩溃，在退磁周期T（DM）240期间，次级电流230以基本上线性下降的幅度流动。在VS端子145处通过PSR设备115感测V（AUX）波形202。PSR设备115识别波形202的特性，包括识别在周期T（DM）240和整个切换周期T（SW）245的开始时间和结束时间的特性。PSR设备115还识别与一个或多个波谷切换点（例如波谷切换点260和262）相关的一个或多个负走向过零电压交叉点（例如交叉点250和252）。PSR设备115用波形特性来调节转换器100输出电压和电流。具体地，PSR设备115控制切换周期T（SW）245并且改变峰值初级绕组电流I（PP）225，从而执行恒定电流模式调节和恒定电压模式调节两者。根据V（AUX）波形202，PSR设备115在与开关120的闭合关联的负走向过零点时启动周期T（SW）245的开始。PSR设备115将周期T（DM）240的开始识别为在打开开关120之后的正走向过零电压交叉点。周期T（DM）240的结束被识别为负拐点（negativeinflectionpoint）265。一些实施例可以将拐点265识别为在衰减谐振270之后的波形202的数学导数的最小值。为此，一些实施例可以例如计算波形202的二阶导数。波形202的二阶导数表示为在拐点265处的斜率275的变化率。PSR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与反激式电源转换器关联的初级侧调节即PSR设备，其包括：电压钳位装置，其在与所述PSR设备外部的反激式变压器关联的切换初级绕组的导通阶段期间，在所述PSR设备的电压感测即VS端子处抽取线路感测电流I（LS），I（LS）与输入电压V（BLK）以及在与所述反激式变压器关联的辅助初级绕组中产生的电压V（AUX）成比例；以及缩放电流镜，其耦合到所述电压钳位装置，从而产生I（LS）的缩放版本I（SCALED_A），I（SCALED_A）从所述PSR设备的电流感测即CS端子注入到与所述反激式变压器的切换初级绕组关联的负反馈电阻器中，作为峰值电流稳定信号。

【技术特征摘要】
2012.11.20 US 13/681,6991.一种与反激式电源转换器关联的初级侧调节即PSR设备，其包括：
电压钳位装置，其在与所述PSR设备外部的反激式变压器关联的切
换初级绕组的导通阶段期间，在所述PSR设备的电压感测即VS端子处
抽取线路感测电流I（LS），I（LS）与输入电压V（BLK）以及在与所
述反激式变压器关联的辅助初级绕组中产生的电压V（AUX）成比例；
以及
缩放电流镜，其耦合到所述电压钳位装置，从而产生I（LS）的缩
放版本I（SCALED_A），I（SCALED_A）从所述PSR设备的电流感测
即CS端子注入到与所述反激式变压器的切换初级绕组关联的负反馈电
阻器中，作为峰值电流稳定信号。
2.根据权利要求1所述的PSR设备，V（AUX）的幅度与在所述反
激式变压器的切换初级绕组两端施加的整流后的线路输入电压V（BLK）
成比例。
3.根据权利要求1所述的PSR设备，由耦合在所述VS端子和所述
辅助初级绕组的端子之间的电阻器保持I（LS）和V（AUX）的比例性。
4.根据权利要求1所述的PSR设备，所述电压钳位装置在所述切换
初级绕组导通阶段期间将所述VS端子钳位到零伏，以便将I（LS）限制
到所述PSR设备外部的单个电流路径。
5.根据权利要求1所述的PSR设备，其进一步包括：
耦合到所述缩放电流镜的线路故障装置，所述线路故障装置在所述
导通阶段期间经由I（LS）的缩放版本I（SCALED_B）感测V（AUX）
和V（BLK），并且在V（BLK）低于指定电平的情况下启动欠压锁定
能力。
6.根据权利要求1所述的PSR设备，其进一步包括：
次级时序检测器，其耦合到所述VS端子以接收V（AUX）波形的
缩放版本，并且分析缩放的V（AUX）波形，从而通过识别V（AUX）
波形的负拐点来确定退磁周期T（DM），所述负拐点表示所述周期T（DM）
的如下端点，在该端点处流过所述辅助初级绕组的电流已经下降到基本
上为零。
7.根据权利要求6所述的PSR设备，其进一步包括：
采样器模块，其耦合到所述VS端子以在与所述负拐点对应的时间处
采样并且保持V（AUX）波形的缩放版本的幅度V（INFLECTION），V
（INFLECTION）表示电源转换器输出电压的缩放版本。
8.根据权利要求7所述的PSR设备，其进一步包括：
波谷切换模块，其耦合到所述VS端子以感测V（AUX）波形的缩
放版本的负走向过零点，作为将与所述反激式变压器的切换初级绕组串
联的电源开关触发到接通状态的时序基准。
9.根据权利要求8所述的PSR设备，其进一步包括：
导通控制模块，其通信地耦合到所述波谷切换模块以根据V
（INFLECTION）确定保持调节的峰值切换初级电流I（PP），并且在由
所述波谷切换模块感测的负走向过零点之后的估计的四分之一周期出现
的波形波谷处将与所述反激式变压器的切换初级绕组串联的电源开关触
发到接通状态。
10.根据权利要求9所述的PSR设备，其进一步包括：
电流切断装置，其耦合到所述CS端子以根据与所述切换初级绕组串
联的电流感测电阻器R（CS）两端的电压降监视切换初级电流，并且当
达到由所述导通控制模块确定的期望的峰值切换初级电流I（PP）时关闭
所述电源开关，从而保持电压和/或电流调节。
11.一种与在反激式电源转换器中的初级侧调节即PSR关联的方法，
其包括：
在与所述PSR设备外部的反激式变压器关联的切换初级绕组的导通
阶段期间，在所述PSR设备的电压感测即VS端子处抽取线路感测电流I
（LS），I（LS）与输入电压V（BLK）以及在与所述反激式变压器关联
的辅助初级绕组中产生的电压V（AUX）成比例；以及
将所述线路感测电流I（LS）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·L·瓦利，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US